多模式等离激元宽带增强光电探测器及制备方法
本申请涉及二维材料耦合光学纳米结构的光电探测，尤其涉及一种多模式等离激元宽带增强光电探测器及制备方法。
背景技术：
1、光电探测器在信息技术、通信、医疗成像、环境监测和安全领域有着广泛的应用。传统光电探测器主要基于硅、锗和iii-v族半导体材料，通过光生载流子的产生和分离实现光电转换。二维材料因其独特的电子、光学和机械性能，近年来在光电探测领域备受关注。二维材料具有高载流子迁移率、较宽光谱响应和优异的柔韧性等优势。然而，随着技术的发展，对探测器在灵敏度、响应速度、光谱范围和信噪比等方面提出了更高的要求。二维材料由于其原子级厚度导致光吸收效率较低，限制了光电探测器的性能提升。
技术实现思路
1、本申请的目的旨在至少能解决上述的技术缺陷之一，特别是现有技术中光电探测器性能受限的技术缺陷。
2、第一方面，本申请提供了一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，方法包括：
3、对石英片进行清洗，得到洁净的石英片，并通过机械剥离和干法转移技术将二硫化钨材料转移至洁净的石英片表面；
4、对含有二硫化钨材料的石英片，使用光刻和电子束蒸镀技术制备金属电极，得到与二硫化钨材料接触的金属电极对；
5、对含有二硫化钨材料和金属电极对的石英片，使用光刻和磁控溅射技术制备等离激元层，以形成多模式等离激元宽带增强的二硫化钨近红外光电探测器，等离激元层与二硫化钨材料接触且未接触金属电极对，等离激元层位于金属电极对中间。
6、在其中一个实施例中，对石英片进行清洗的步骤，包括：
7、将石英片依次放进丙酮溶液、无水乙醇溶液和去离子水中分别进行超声处理5分钟；
8、采用氮气吹干超声处理后的石英片，并以100℃烘干5分钟。
9、在其中一个实施例中，通过机械剥离和干法转移技术将二硫化钨材料转移至洁净的石英片表面的步骤，包括：
10、采用胶带在二硫化钨晶体上反复黏贴，并采用聚二甲基硅氧烷薄膜从胶带上黏贴下二硫化钨材料；
11、在显微镜下，将聚二甲基硅氧烷薄膜上的二硫化钨材料覆盖在洁净的石英片表面；
12、对含有二硫化钨材料的石英片，进行加热和去除残胶处理，使二硫化钨材料和洁净的石英片接触稳定并充分干燥。
13、在其中一个实施例中，加热和去除残胶处理过程，包括：
14、将含有二硫化钨材料的石英片放置于转移平台上加热至70℃，并保温5分钟，保温结束后撕下聚二甲基硅氧烷薄膜；
15、将保温后的石英片使用异丙醇溶液浸泡5分钟，浸泡结束后，使用氮气快速吹干浸泡后的石英片，并放置于加热板上以150℃加热30分钟。
16、在其中一个实施例中，使用光刻和电子束蒸镀技术制备金属电极，得到与二硫化钨材料接触的金属电极对的步骤，包括：
17、在黄光室内，对含有二硫化钨材料的石英片进行光刻胶旋涂后，放置于加热板，以105℃加热4分钟；
18、在黄光室内，对已加热的石英片进行紫外直写光刻后，放入显影液中进行显影；
19、使用去离子水对已显影的石英片定影后，通过电子束蒸镀在表面先后蒸镀10nm钛和50nm金；
20、使用丙酮溶液对已蒸镀的石英片进行去胶后，放入氮气氛围的退火炉中进行退火。
21、在其中一个实施例中，放入氮气氛围的退火炉中进行退火的步骤，包括：
22、将已去胶的石英片放入氮气氛围的退火炉中，在0-10分钟内升温到150℃后保温25分钟；
23、保温结束后，在10分钟内降温到室温。
24、在其中一个实施例中，显影时间为18秒，显影液为3％四甲基氢氧化铵水溶液。
25、在其中一个实施例中，对含有二硫化钨材料和金属电极对的石英片，使用光刻和磁控溅射技术制备等离激元层金薄膜的步骤，包括：
26、使用高真空磁控溅射仪器沉积金属，其中，高真空磁控溅射仪器的沉积参数为电流5毫安，时间110秒；
27、使用丙酮溶液对已沉积金属的石英片进行去胶后，放入氮气氛围的退火炉中进行低温退火。在其中一个实施例中，放入氮气氛围的退火炉中进行低温退火的步骤，包括：
28、将已去胶的石英片放入氮气氛围的退火炉中，在0-10分钟内升温到100℃后保温25分钟；
29、保温结束后，在10分钟内降温到室温。
30、第二方面，本申请提供了一种多模式等离激元宽带增强光电探测器，光电探测器采用上述任一项实施例中的多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法制备得到的。
31、从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
32、在本申请提供的多模式等离激元宽带增强光电探测器及其制备方法中，由该制备方法得到的光电探测器为基于多模式等离激元宽带增强的二硫化钨二维材料近红外光电探测器，其包括自下而上依次设置的底层二维材料二硫化钨、顶层金属电极对、顶层金属等离激元层，其中顶层金属等离激元层区域与顶层金属电极对区域未接触，顶层金属等离激元层优选为等离激元区域与二硫化钨材料接触面积尽量增大。顶层等离激元金薄膜与二硫化钨材料耦合，能够有效克服二维材料光吸收和光电转换效率不足的瓶颈。金薄膜不规则破碎的设计，能够实现多种模式的等离激元共振，显著增强宽光谱和近红外波段的光电响应，大幅提升光电探测器的性能。同时，本申请提供的制备方法工艺简单，制备方便且成本较低。
技术特征：
1.一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述对石英片进行清洗的步骤，包括：
3.根据权利要求1所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述通过机械剥离和干法转移技术将二硫化钨材料转移至洁净的石英片表面的步骤，包括：
4.根据权利要求3所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述加热和去除残胶处理过程，包括：
5.根据权利要求1所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述使用光刻和电子束蒸镀技术制备金属电极，得到与所述二硫化钨材料接触的金属电极对的步骤，包括：
6.根据权利要求5所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述放入氮气氛围的退火炉中进行退火的步骤，包括：
7.根据权利要求5或6所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，显影时间为18秒，所述显影液为3％四甲基氢氧化铵水溶液。
8.根据权利要求1所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述对含有所述二硫化钨材料和所述金属电极对的石英片，使用光刻和磁控溅射技术制备等离激元层的步骤，包括：
9.根据权利要求8所述的一种多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法，其特征在于，所述放入氮气氛围的退火炉中进行低温退火的步骤，包括：
10.一种多模式等离激元宽带增强光电探测器，其特征在于，所述光电探测器采用权利要求1至9中任一项所述的多模式等离激元宽带增强光电探测器的制备方法制备得到的。
技术总结
在本申请提供的多模式等离激元宽带增强光电探测器及制备方法中，对石英片进行清洗，得到洁净石英片，通过机械剥离和干法转移技术将二硫化钨材料转移至洁净石英片表面；对含有二硫化钨材料的石英片，使用光刻和电子束蒸镀技术制备金属电极，得到与二硫化钨材料接触的金属电极对；对含有二硫化钨材料和金属电极对的石英片，使用光刻和磁控溅射技术制备等离激元层，以形成多模式等离激元宽带增强的二硫化钨近红外光电探测器，等离激元层与二硫化钨材料接触且未接触金属电极对，等离激元层位于金属电极对中间。如此，制备得到的光电探测器，基于多模式的等离激元共振，能够显著提高光吸收效率和光电转换效率，且在近红外区域也能实现宽波段光电响应。
技术研发人员：周春丽,吴子峤,薛建材,董华锋
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23